JP2630027B2

JP2630027B2 - 液晶パネル及びその製造法

Info

Publication number: JP2630027B2
Application number: JP2163319A
Authority: JP
Inventors: 健次中尾; 尚英脇田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1997-07-16
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: JPH0452621A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は表示装置等に用いられる液晶パネル及びその
製造法に関するものである。

従来の技術薄膜化された強誘電性液晶は第８図のようないくつか
の限られた状態が安定になる。同図においては80は液晶
分子、81はコーン、82は上基板、83は下基板である。第
８図（ａ）、（ｂ）は液晶分子の方向がほぼ揃った状態
で、この時分子の持つ自発分極は基板法線上方向または
下方向に向いている。第８図（ｃ）は液晶分子が基板法
線方向でねじれた状態をとっており、このねじれ方向が
逆回りの状態も存在する。配向膜の種類によって基板上
の液晶分子の傾き角度や液晶層の折れ曲がり方によって
第８図と異なる場合もあるが基本的にはこの模式図で液
晶分子の安定状態を表わすことができる。第９図
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ第８図（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）の液晶を上基板から見た平面図である。
同図においてて90は自発分極の向き、91は偏光子、92は
検光子、93は上基板付近の液晶分子、94は下基板付近の
液晶分子である。直交させた偏光子91,92の間に液晶セ
ルを挟むと、第９図（ａ）、（ｂ）のような一様な状態
を用いて、明暗を付けることができる。第９図（ｃ）の
ような液晶分子がねじれた構造をもつ状態では灰色の表
示となる。薄膜化された強誘電性液晶パネルはこのよう
な安定化状態を持ち、かつこれらの状態間の遭遇遷移は
印加電圧と透過光量の特性は急峻なしきい値特性を示
す。このため、薄膜トランジスタのような非線形素子を
各絵素に設けることなく、電極のみの構成である単純マ
トリックス構成だけで大容量で高コントラストの表示を
得ることができる。

しかしながら強誘電性液晶は第９図のように限られた
安定状態しかとれないので多階調を実現するのは極めて
困難である。第９図（ｃ）の状態の灰色表示になる状態
は、第９図（ａ）から第９図（ｂ）の状態に変わる途中
のわずかな電圧範囲でしか安定でないため、液晶パネル
の均一性等の問題から均一な中間調表示は難しい。

したがって、通常は強誘電性液晶パネルは基本的には
２値表示を用い、複数の絵素や複数回の走査によって諧
調を出しているものが多い（例えば、ティー．レルー，
エフ．バウム他:1988インターナショナルディスプレイ
リサーチコンファレンス予稿集、111頁〜113頁［T.Lero
ux,F.Baume,et.al.:1988 INTERNATIONAL DISPLAY RE
SEACH CONFERENCE、p111−113］）。この方式の場合に
は各画素を形成する走査電極，信号電極にはそれぞれ１
つづつ駆動回路が必要となる。

しかし駆動回路数の増加なしに諧調表示を実現する方
法もいくつか提案されている。１重素内で液晶層の厚み
を変えた領域を設けることで液晶応答のしきい値に変化
をもたせる方法（例えば岩井他、第13回液晶討論会講演
予稿集138頁〜139頁）や、抵抗素子を介して設置電位と
電圧分割することで中間的な電圧を補助電極に印加する
方法などである。特に抵抗素子を介して接地電位と電圧
分割する方法は、電圧源に接続される主電極と補助電極
を500Ωの抵抗で結合し、補助電極と接地電位を500オー
ムの抵抗で接続する実施例が報告されている（特開昭63
−316024号公報）。しかし、この方式では消費電力が極
めて大きく、また補助電極上の液晶の安定性が悪いとい
った問題点が見られた。多くの駆動法の場合、走査電極
側、信号電極側のどちらにおいても、ほとんど常に正あ
るいは負のある電位が印加されており、抵抗を通じてか
なりの電流がほとんど常に流れるためである。また補助
電極上の安定性の低下は補助電極が低抵抗で接地されて
いるために非選択パルスの影響を強く受け、メモリー状
態が安定でないためと考えられる。

そこで我々は特願平２−4165号において走査電極側に
電圧分割手段を持ち、選択電圧と非選択電圧を電圧分割
し、選択電圧と非選択電圧のちょうど中間の半選択電圧
を補助電極に印加する方法を開示した。この一つの実施
例を第７図に示す。液晶パネル71は、上基板72と下基板
73間に強誘電性液晶を挟持し、上基板72には列電極74a
〜74dを、下基板には行主電極75a〜75cと行補助電極76a
〜76bを有し、行主電極75a〜75cと行補助電極76a〜76b
間は抵抗体で接続されている。ただしこの場合の駆動法
は信号電圧回路が２値信号のみとしていたため複数回の
走査が必要であったが、この方式を用いることで消費電
力の極めて小さな強誘電性液晶パネルの諧調表示が可能
となった。

発明が解決しようとする課題接地電位と電圧分割を行う方式では、消費電力が極め
て大きくまた絵素の安定性も悪いといった問題がある。

また我々が特願平２−4165号において開示した選択電
圧と非選択電圧の電圧分割法では、１画面を書き込むた
めには２度の走査が必要となり、また諧調数も限られて
いた。

本発明は上記課題を解決するもので、１度の走査で多
諧調表示可能な強誘電性液晶パネルを提供するものであ
る。

課題を解決するための手段上記課題を解決するためには、本発明の液晶パネル
は、２本以上の走査電極と前記走査電極の各々に１本以
上の補助電極とが群をなし、前記群内で隣接する走査電
極及び補助電極の電極間は全てその一端のみを電気的素
子を介して電気的に接続され、隣接する群間の電極もそ
の一端のみ電気的素子を介して電気的に接続され、それ
ぞれの走査電極の一端のみ電圧印加手段が接続され、前
記走査電極及び前記補助電極それぞれの他端は開放であ
ることを特徴としたものである。

作用２つの主電極Y1,Y2が走査電圧回路にそれぞれ直接に
接続され、主電極Y1,Y2間に存在する補助電極S21は、２
つの電気的素子によってそれぞれY1,Y2に電気的に接続
されているとする。

この２つの電気的素子が抵抗体（R1,R2）であり、R2
が十分小さい場合を考える。R2が大きな場合には、液晶
層が有するコンデンサに抵抗体２を通して充電されると
きに、CR時定数によって決まる波形のなまりだ生じ、適
切な波形が補助電極S21に印加されないという問題が生
じるからである。

一般に単純マトリックス型液晶パネルでは、走査電圧
回路は、常に１ラインのみに選択パルスを印加しそのラ
イン上の液晶を駆動するため、例えば主電極Y2に選択パ
ルスが印加された場合には、主電極Y1には非選択パルス
が印加されており、この選択パルス，非選択パユスの電
位差をR1とR2で電圧分割することにより、補助電極S21
には非選択パルスよりも大きいが選択パルスより小さい
書込みパルスが印加される。主電極Y1,Y2の双方に非選
択パルスが印加された場合、補助電極S21には主電極と
同様の非選択パルスが印加され、抵抗体（R1,R2）には
電流は流れない。このため主電極Y1,Y2のどちらか一方
が選択された時のみ電流が流れるだけであるため消費電
力は極めて少ないという特徴がある。

また２つの電気的素子がコンデンサ（C1,C2）であ
り、C1,C2が十分大きな場合にも、同様に電圧分割によ
って補助電極S21には非選択パルスよりも大きいが選択
パルスより小さい書き込みパルスが印加される。C1,C2
が小さい場合には液晶層が有するコンデンサの容量が支
配的になり、適切な電圧分割ができない場合がある。

以上２つの場合のように、主電極と補助電極を適当な
電気的素子で接続すると補助電極には適当に小さな選択
電圧を印加することができる。ここで信号電側のパルス
信号を多値信号とし、書き込むデータに従ってその大き
さ、またはパルス幅を変調することによって液晶層に印
加される電圧を適当に調整することができる。そして液
晶の応答しきい値以上の電圧が印加された領域のみが、
電圧に応答し、主電極上の画素と補助電極上の画素では
違いが生じてくる。この組合せにより信号電圧に従った
適切な中間調表示が実現できる。また電気的素子で接続
する補助電極の数を増やすことでかなり多くの諧調数を
実現することが可能である。

実施例以下本発明の第１の実施例の液晶パネルとその製造法
について、図面を参照しながら説明する。

実施例１以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。第１図は本発明の一実施例の液晶パネルの平
面図である。液晶パネル１は上基板２と下基板３に挟ま
れた液晶層から成る。この上基板2,下基板３にはそれぞ
れ電極パターンを形成した導電性薄膜を有し、上基板２
上には列電極X1〜X4を設け、下基板３上には行主電極Y1
〜Y4と行補助電極S11〜S41を設ける。本実施例において
は走査電極数ｎは４であり、各走査電極に従属する捕助
電極数ｍは１である。ｍが２以上の場合は各走査電極に
近い法から1,2,・・・ｍと信号を付けることにする。列
電極X1〜X4はフレキシブル基板７よって信号電圧回路に
接続される。行主電極Y1〜Y4はフレキシブル基板７経て
走査電圧回路に接続する。そして行主電極Y1〜Y4、行補
助電極S11〜S41上には抵抗体４をライン状に塗布印刷し
た。この場合、主電極，補助電極間の導電体薄膜のない
部分のみが抵抗体として働くために、便宜上これらの領
域を抵抗体として扱い、抵抗素子5b〜5dと6a〜6dとす
る。これらによって主電極、補助電極間は電気的に接続
され、１つの補助電極はその両隣の主電極に電気的素子
によって接続されている。

第２図は本発明の一実施例の液晶パネルの断面図であ
る。行電極及び列電極上には絶縁破壊防止用の誘電体薄
膜20,21を設け、さらにその上にSiOを斜方蒸着して形成
した配向膜22,23を設けている。配向膜22,23の間にカイ
ラルスメクチックＣ相を示すエステル系の強誘電性液晶
24を挟持している。

本実施例において、抵抗素子5b〜5dは10kΩ、6a〜6d
は2kΩとなるように、主電極と補助電極の間隙部の長さ
を5:1に電極パターンを形成し、塗布抵抗体の幅を一定
にしての印刷形成を行った。これにより10kΩ,2kΩの各
抵抗を比較的容易に形成することができた。また抵抗体
の幅，厚さが部分的にばらつきが見られる場合にも、電
圧分割を決める抵抗比はほとんど確実に5:1が得られ、
駆動には問題は見られなかった。また抵抗体の形成に
は、印刷以外にもフィルムからの抵抗体の転写手法も用
いたが同様の結果が得られた。また同図とは別に、液晶
パネルの基板上以外にもフレキシブル基板上に塗布形成
する方法、回路基板上に形成する方法も用いたが、同様
の結果が得られた。また基板電極に用いたスズ−インジ
ウム酸化物（ITO）の導電性薄膜は、それ自体が抵抗体
であるため、電極パターンをエッチングで形成すると同
時に極めて細い導電体薄膜パターンをつくることで抵抗
素子を形成することができた。このとき抵抗素子となる
導電性薄膜の幅と長さを制御することで適当な抵抗値を
得ることができ、この場合にも同様に諧調表示ができ
た。

6a〜6dの抵抗値は、液晶層の持つ容量値によって決ま
り、コンデンサの充放電時間が十分短いこと、すなわち
抵抗が十分小さいことが条件となる。充放電時間の影響
が無視できる限界がほぼ10kΩであったが、本実施例に
おいては余裕を見て2kΩとした。また5b〜5dの抵抗値は
6a〜6dの抵抗値と所望の電圧分割比によって決定され、
電圧分割比を調整することで適切な諧調表示を実現する
ことができた。本実施例においては電圧分割比は5:1が
最適であった。

本実施例においては休止位相のついた４パルス法を用
いたが、これは本質的な問題ではなく、通常の４パルス
法や、２パルス法においても何等問題はなく駆動した。
ただしここでは休止位相付きの４パルス法に従って説明
する。走査電極側に印加した駆動波形の一例を第３図に
示す。行主電極Y3に第３図（ａ）の選択波形を印加した
ときには選択期間t₂で行主電極Y3上の液晶の書き込みが
行われる。この時、一つ前の期間t₁に選択が行われてい
た行主電極Y2には第３図（ｂ）の波形が印加され、期間
t₂では非選択波形が印加されている。このとき補助電極
S31には、第３図（ａ）の波形と同図（ｂ）の波形を抵
抗の比5:1に電圧分割した波形、即ち同図（ｃ）に示す
電圧波形が印加される。このとき補助電極S31には、期
間t₁とt₂に合計８パルスによる選択波形が印加される。
補助電極S31を主電極Y3と同時に駆動するためには期間t
₂における選択パルスが比較的主電極の選択パルスの値
に近いことが必要である。このことから5b〜5dの抵抗値
は6a〜6dの抵抗値より大きくする必要がある。もち抵抗
の値が逆であれば補助電極S31は主電極Y2に従属して駆
動することになる。

また列電極に印加される電圧パルスの列を第４図に示
す。この信号電圧パルスは、補助電極数に応じた中間値
レベルを多値で出力される必要がある。本実施例におい
ては主電極に対して補助電極は１本であることから実現
できる諧調は、主電極，補助電極ともにオフ、主電極の
みオン、主電極，補助電極ともにオン、の３値表示であ
る。よって信号電極には３値信号を印加した。ここで表
示例として列電極X1,X2,X3上の液晶はそれぞれ常にオ
ン，グレー，オフの場合を示す。第１図の斜線で示され
た領域が液晶がオンしている状態を表わしている。列電
極X1,X2,X3にそれぞれ第４図（ａ）に示されるオン波
形，同図（ｂ）に示されるグレー波形，同図（ｃ）に示
されるオフ波形、の信号波形を印加した。グレー波形は
ちょうどオン波形とオフ波形の中間の電圧を与える電圧
変調型駆動方式である。

このとき各絵素の液晶層に印加される波形は第３図の
走査電圧と第４図の信号電圧の差によって決められるた
め、これらは第５図のようになる。主電極Y3と列電極X
1,X2,X3間に印加される電圧パルスの波形はそれぞれ第
５図（ａ），（ｂ），（ｃ）である。それに対し補助電
極S31と列電極X1,X2,X3間に印加される電圧パルスの波
形はそれぞれ同図（ｄ），（ｅ），（ｆ）となる。本実
施例においては休止位相付きの４パルス法を用いたが、
これは書き込みパルスが４つの正または負のパルスで構
成され、前半の２つが絵素をリセットする作用をし、こ
の大きなは書き込むデータによらず一定である。後半の
２つのパルスは絵素の書き込みを行ない、この大きさは
書き込みデータに応じて変化する。強誘電性液晶の応答
は急峻なしきい値特性を持つことがよく知られている
が、４パルスの後半の絵素の書き込みを行なうパルスの
大きさがそのしきい値を越えるとき絵素の書き込みが行
なわれる。本実施例の強誘電性液晶の応答しきい値は第
５図のVtに示される電圧値であった。このときこのしき
い値電圧を書き込みパルス電圧が越える絵礎のみの液晶
が応答し、第１図に斜線で示される領域のみが応答し、
絵素イ，ロ，ハにおいてそれぞれオン，グレー，オフの
３値表示が実現できた。

なお補助電極S31上の液晶にかかる書き込みパルスは
第５図（ｄ），（ｅ），（ｆ）のそれぞれの波形の期間
t₁t₂に示されるように、８つのパルスによって構成され
る。このため補助電極上の液晶は４つのパルスのみで駆
動する場合に比べ、駆動マージンが広くなりより安定に
駆動することが見られた。ただしこの８つのパルスの前
半４つは他のストライプ群の主電極の影響を受けてお
り、書き込みには本質的でない。この影響を少なくする
ために本実施例においては主電極は同一ストライプ群に
属する補助電極よりも走査方向側に配置した。これによ
り本質的な書き込みパルスを後半に位置させることがで
き、他の主電極（この場合は主電極Y2）を選択したとき
の書き込みデータ信号の影響を極めて少なくすることが
できた。

実施例２電気的素子がコンデンサの場合にも、第１図の実施例
の場合と同様の諧調表示が得られた。構成は第６図に示
す通りである。同図において、第１図との相違点は電気
的素子61a〜61d,62b〜62dがコンデンサである点であ
る。立断面図は第２図と同様であり、駆動波形，印加波
形も第３図，第４図，第５図と同様である。コンデンサ
の容量を62b〜62dは1000pF、61a〜61dは5000pFとした。
61a〜61dの容量値は液晶層の有する容量値によって決ま
り、この容量値が小さい場合には液晶層の容量を経て信
号電圧源に印加される回路の影響が大きくなるためにパ
ターン依存性が生じ易くなる。これを生じさせない条件
がほぼ1000pF以上の容量を有することであったが、本実
施例においては余裕をみて5000pFとした。62b〜62dの容
量は電圧分割比（本実施例においては5:1）の逆数と61a
〜61dの容量によって決定させるため1000pFとした。コ
ンデンサは第２図に示される絶縁破壊防止用の導電体薄
膜20,21上に導電体を塗布印刷する方法、回路基板上に
コンデンサを形成することで形成した。他にも液晶基板
上の導電体薄膜上に誘電体を塗布しその上に導電体を塗
布する手法、フレキシブル基板上にコンデンサを塗布形
成する方法、回路基板上にコンデンサを形成する方法を
実施したがどの場合にも同様の結果が得られた。

なお２つの本実施例において補助電極は主電極と同数
としたが補助電極の数を増やすことで諧調数をさらに増
やすことが可能であった。また補助電極の番号（１〜
ｍ）は走査電圧回路に接続される主電極に近い補助電極
から1,2,・・・,mとする。

発明の効果本発明の液晶パネルは、強誘電性液晶を液晶層に持つ
液晶パネルにおいて、電極間に電気的要素を有すること
で、選択電圧と比選択電圧を電圧分割し、補助電極の電
位を主電極の電位より低くすることにより、一度の走査
で均一な多諧調表示が実現でき、またその電気的素子の
製造も印刷，転写，エッチングを用いることで比較的容
易に実現できる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例の液晶パネルを示す平面図、
第２図は同立面断面図、第３図は本発明の一実施例を示
す液晶パネルの走査側駆動波形図、第４図は本発明の一
実施例を示す液晶パネルの信号側駆動波形図、第５図は
本発明の一実施例を示す液晶パネルの液晶層に印加され
る電圧波形図、第６図は本発明の第２の実施例の液晶パ
ネルを示す平面図、第７図は従来例の液晶パネルの構成
図、第８図は強誘電性液晶分子の模式図、第９図は第８
図に示す強誘電性液晶素子の平面図である。１……液晶パネル、２……上基板、３……下基板、X1〜
X4……列電極、Y1〜Y4……主行電極、S11〜S41……行補
助電極、７……抵抗体、5b〜5d,6a〜6d……抵抗素子、
７……フレキシブル基板、11……信号電圧回路、12……
走査電圧回路、20,21……誘電体薄膜、22,23……配向
膜、24……強誘電性液晶、61b〜61d,62a〜62d……コン
デンサ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２本以上の走査電極と前記走査電極の各々
に１本以上の補助電極とが群をなし、前記群内で隣接す
る走査電極及び補助電極の電極間は全てその一端のみを
電気的素子を介して電気的に接続され、隣接する群間の
電極もその一端のみ電気的素子を介して電気的に接続さ
れ、それぞれの走査電極の一端のみ電圧印加手段が接続
され、前記走査電極及び前記補助電極それぞれの他端は
開放であることを特徴とする液晶パネル。
【請求項２】群間の電極を電気的に接続する電気的素子
のインピーダンスを最大にしたことを特徴とする請求項
（１）記載の液晶パネル。
【請求項３】電気的素子が抵抗体であることを特徴とす
る請求項（１）または（２）のいずれかに記載の液晶パ
ネル。
【請求項４】抵抗体の抵抗値の最小値が10kΩ以下であ
ることを特徴とする請求項（３）記載の液晶パネル。
【請求項５】抵抗体の抵抗値の最小値と抵抗体の抵抗値
の最大値の比が1:5であることを特徴とする請求項
（３）または（４）のいずれかに記載の液晶パネル。
【請求項６】電気的素子がコンデンサであることを特徴
とする請求項（１）または（２）のいずれかに記載の液
晶パネル。
【請求項７】コンデンサの容量の最大値が1000pF以下で
あることを特徴とした請求項（６）記載の液晶パネル。
【請求項８】液晶材料に強誘電性液晶を用いる事を特徴
とした請求項（１）記載の液晶パネル。
【請求項９】２本以上の走査電極と前記走査電極の各々
に１本以上の補助電極とが群をなし、前記群内で隣接す
る走査電極及び補助電極の電極間は全てその一端のみを
電気的素子を介して電気的に接続され、隣接する群間の
電極もその一端のみ電気的素子を介して電気的に接続さ
れ、それぞれの走査電極の一端のみ電圧印加手段が接続
され、前記走査電極及び前記補助電極それぞれの他端は
開放とした液晶パネルの製造方法であって、前記電気的
素子を形成する領域に存在する電極同士の間隙の幅が少
なくとも２種類以上であり、少なくとも前記間隙に前記
電気的素子を印刷法または転写法の何れかで前記電極を
形成した基板上に形成することを特徴とする液晶パネル
の製造法。